DE2722165A1

DE2722165A1 - Schaltungsanordnung zur speisung einer maschine mit variabler reluktanz

Info

Publication number: DE2722165A1
Application number: DE19772722165
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Engins Matra SA
Current assignee: Engins Matra SA
Priority date: 1976-05-19
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1977-12-01
Also published as: US4143308A; GB1578369A; BE854462A; FR2352435A1; FR2352435B1; IT1117487B; CA1095979A

Description

16 257 *> 16.5*7*2165

Engins Matra

4, rue de Presbourg

Paris / Frankreich

Schaltungsanordnung zur Speisung einer Maschine mit variabler Reluktanz

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Speisung einer Maschine mit variabler Reluktanz, welche eine Quelle, einen Leistungsschaltkreis und einen Steuerschaltkreis aufweist.

Maschinen mit variabler Reluktanz werden gewöhnlich als Schrittschaltmotor benutzt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung einer Maschine mit variabler Reluktanz bei einer kontinuierlichen Kinematik. Der Steaerschaltkreis erlaubt hier tatsächlich eine kontinuierliche Variation des Drehmomentes und der Geschwindigkeit der Maschine, gleichgültig, ob diese als Motor oder als Generator arbeitet.

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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschaltkreis gesteuerte Hauptunterbrecher, die in Reihe mit den Wicklungen der Maschine liegen und äußere Zweigleitungen bilden, die paarweise in Reihe zwischen die Pole der Quelle geschaltet sind derart, daß zwei komplementäre Wicklungen niemals in Reihe liegen, ferner LeerlaufZweigleitungen, welche den Stromkreis der Wicklungen wieder schließen, wenn mehr als ein gesteuerter Hauptunterbrecher in einer Zweigleitung leitend ist, ferner einen Löschkreis für die gesteuerten Hauptunterbrecher und mindestens einen Stromdetektor aufweist, der den Strom in den Wicklungen erfaßt. ^Die Steuerung für den Leistungsschaltkreis kann mit verhältnismäßig einfachen Mitteln erreicht werden.

Gemäß einem weitefen Merkmal der Erfindung sind die gesteuerten Hauptunterbrecher Thyristoren, z. B. Schaltthyristoren. Es ergibt sich hierbei eine ausgezeichnete Anpassung zwischen dem Energieverbrauch und dem von der Maschine verlangten Drehmoment.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung enthalten die Leerlaufzweigleitungen eine Spule und eine Diode und sind sie an einem Ende an einen gemeinsamen Funkt von einem der gesteuerten Hauptunterbrecher und einer der Wicklungen der Maschin· in einer äußeren Zweigleitung angeschlossen und am anderen Ende an einen Quellenpol angeschlossen, der mit

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derjenigen äußeren Zweigleitung verbunden ist, die in Reihe mit der vorerwähnten äußeren Zweigleitung liegt, Der Löschkreis enthält zwei Kondensatoren, die in Reihe zwischen den beiden Quellenpolen geschaltet sind, wobei der gemeinsame Punkt der Kondensatoren über gesteuerte Lösch-Unterbrecher an die gemeinsamen Punkte der gesteuerten Hauptunterbrecher und der Wicklungen, welche die äußeren Zweigleitungen bilden, angeschlossen ist.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß der Steuerschaltkreis ein Kodierwerk besitzt, welches zwei logische Signale liefert, von denen Jedes an ein Drehmoment der komplementären Wicklungen gebunden ist, um das Vorzeichen der gegenelektromotorischen Kraft Jeder dieser Wicklungen anzuzeigen und zu bestimmen - Je nach dem, ob die Maschine als Motor oder Generator arbeitet -, welche Wicklungen gespeist werden müssen; eine Bezugsvorrichtung liefert eine analoge, der gewünschten Intensität proportionale Spannung; eine für die ladungsabhängige Vorrichtung ermöglicht es, nach Löschen eines gesteuerten Unterbrechers das Stromloswerden des Löschkreises und die Richtung einer Überspannung zu bestimmen; ferner ist eine Vorrichtung zur Vorbereitung einer Kommutierung ait variabler Voreilung vorgesehen, um die für eine Optimierung der Kommutierung erforderlichen Signale zu erzeugen; schließlich enthält der Steuerstromkreis noch einen

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Schaltfolgen- oder Sequenzgeber, und eine Vorrichtung zur Speicherung des Zustandee der gesteuerten Unterbrecher.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen :

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht der Schaltungsanordnung,

Fig. 2 ein Elektronik-Schaltbild des Leistungsschaltkreises und seine Verbindung mit den Wicklungen der Maschine,

Fig. 3 und 4 eine Anzahl von durch den Steuerschaltkreis erzeugten Signalen.

Die Schaltungsanordnung zur Speisung der Maschine Λ hat die Aufgabe, den Austausch des Stromes zwischen einer Quelle 2,

die eine kontinuierliche Spannung liefert, und den Wicklungen R, V, B, N der Maschine sicherzustellen. Sie besteht im wesentlichen aus der Quelle 2, einem Leistungsschaltkreis 3 und einem Steuerschaltkreis 4- (Fig. 1).

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- r-

Der Leistungsschaltkreie 3 (Fig· 2) dient zur Speisung der vier Wicklungen R, V, B, N mit Stromwellen, die in Phase mit ihrer elektromotorischen Gegenkraft stehen, in der Form von Impulsen, die in der Amplitude und in der Dauer variabel sind. Die vier Wicklungen, die einen Teil der Maschine 1 bilden, aber in der Zeichnung innerhalb des -^eistungsSchaltkreises 3 gezeigt sind, um die Darstellung zu vereinfachen, sind in einem H-förmigen Schaltkreis angeordnet, der vier äußere Zweigleitungen 30, 31, 32, 33 und eine zentrale Leitung 34 besitzt. Jeder äußere Schaltkreis ist an einer Seite an die Quelle angeschlossen, wobei die beiden Zweigleitungen 30, 32 an den positiven Pol und die beiden anderen Zweigleitungen 3I₁ 33 an den negativen Pol angeschlossen sind. An ihrer anderen Seite sind die äußeren Zweigleitungen Jeweils an die zentrale Leitung 34· angeschlossen. Jede Wicklung R, V, B, N liegt in einer verschiedenen äußeren Zweigleitung, und zwar in Reihe mit jeweils einem gesteuerten Hauptunterbrecher TR, TV, TB, TN. In der zentralen Leitung 34 liegt ein Stromdetektor K. Vier Leerlaufleitungen 35, 36, 37_t 38 sind mit einem Ende jeweils an eine der äußeren Zweigleitungen angeschlossen, während sie mit ihrem anderen Ende immer gerade mit dem Pol der Quelle verbunden sind, der nicht mit der vorerwähnten äußeren Zweigleitung verbunden ist. Diese LeerlaufZweigleitungen haben die Aufgabe, eine

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Schließung des elektrischen Kreises zu "bewirken, wenn nur ein gesteuerter Hauptunterbrecher leitend ist, und ferner die Energie zur Quelle 2 zu überführen, wenn alle gesteuerten Hauptunterbrecher TR, TV, TB, TN gesperrt sind. Löschkreise 39 erlauben die Unterbrechung des die gesteuerten Hauptunterbrecher durchfließenden Stromes und ermöglichen somit den Betrieb als Motor oder vielmehr als Drehmaschine (Motor oder Generator).

Durch diese Anordnung sind die im Laufe einer Rotation von den Wicklungen gelieferten gegenelektromotorischen Kräfte paarweise entgegengerichtet. Um die Beschreibung zu vereinfachen, werden hier die beiden Wicklungen R und B, bzw. V und N, deren gegenelektromotorischen Kräfte phasenentgegengesetzt sind, als komplementäre Wicklungen bezeichnet und wird von einer Gruppe von Zweigleitungen gesprochen, die durch diejenigen beiden äußeren Zweigleitungen gebildet ist, deren Wicklungen nicht komplementär sind. Die gegenelektromotorischen Kräfte der beiden komplementären Wicklungen stehen in einem quadratischen Verhältnis zu denen der anderen Wicklungen. ^Die Wicklungen R, V, B und N können paarweise durch Leitendmachen von zwei der gesteuerten Hauptkommutatoren gespeist werden, hier durch die Schaltthyristoren TR, TV, TB, TI, die jeweils in Reihe mit einer der Wicklungen liegen.

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- y-

Jede äußere Zweigleitung ist an die Quelle über einen Hauptthyristor angeschlossen, dessen Anode dem Pluspol und dessen Kathode dem Minuspol zugewandt ist. Jedes Ende der zentralen Leitung ist an zwei komplementäre Wicklungen angeschlossen. Jede LeerlaufZweigleitung 35, 36, 37, 38 ist an einem Ende an einem gemeinsamen Punkt von einem Hauptthyristor TV, TR, TN, TB und von einer Wicklung V, R, N, B und am anderen Ende an den Quellenpol angeschlossen, welcher jeweils mit denjenigen äußeren Zweigleitungen in Verbindung steht, die Wicklungen enthalten, die nicht komplementär mit den vorgenannten Wicklungen sind. Die Leerlaufleitungen 35, 36, 37, enthalten im wesentlichen eine Spule LR, LV, LB, LN in Reihe mit einem Einwegglied DR, DV, DB, DN, z. B. einer Halbleiterdiode. Die Löschkreise 39 enthalten zwei Kondensatoren C1, gleicher Kapazität, die in Reihe zwischen den Quellenpolen liegen. Der gemeinsame Punkt dieser beiden Kondensatoren 01, 02 ist mit jedem Hauptthyristor TR, TV, TB, TN nebst Wicklung R, V, B, N des Motots 1 über einen zwischengeschalteten gesteuerten Unterbrecher TER, TEV, TEB, TEN, ζ. B. Schaltthyristören verbunden, die in der nachfolgenden Beschreibung als Löschthyristoren bezeichnet sind. Die Steuerkreise für die gesteuerten Unterbrecher, d.h. hier die Kreise zu« Sperren der Thyristoren, sind in Fig. 2 nicht gezeigt und bilden einen Teil des Steuerschaltkreises 4.

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Der Detektor K in der zentralen Leitung 34 liefert eine kontinuierliche Anzeige des Stromes, der durch die "beiden gerade erregten Wicklungen fließt.

Der Leistungsschaltkreis kann auf verschiedene Arten arbeiten, und zwar abhängig von der Richtung des Energieaustausches und davon, welche Schaltungsteile gerade an diesem Energieaustausch teilnehmen. Es ist offensichtlich, daß die Quelle 2 Energie an die Wicklungen R, V, B, N des Motores über die zwischengeschalteten Hauptthyristoren liefern kann, wenn diese geeignet aufgesteuert sind. Ebenfalls ist ersichtlich, daß Energie von den Wicklungen zur Quelle über die Leerlaufleitungen 35, 36, 37, 38 überführt werden kann, wenn die Hauptthyristoren gesperrt sind. Die Energieaustausche zwischen den beiden Löschkondensatoren C1, C2 und einerseits der Quelle und andrerseits den Wicklungen sindikomplexer. Da diese Energieaustausche, und damit die Arten der Kommutierung der Schaltungsanordnung, bei der Betrachtung der Funktionsweise des Motors berücksichtigt werden müssen, ist es erforderlich, diese im einzelnen zu untersuchen·

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Wenn man die Löschung des Hauptthyristors TR betrachtet, läuft die Funktion des Löschkreises 39 in drei Phasen ab :

-Aufrechterhaltung einer inversen Spannung an den Klemmen des Hauptthyristors, um TR zu sperren. Das Potential am gemeinsamen Punkt, das anfänglich größer als die Speisespannung E ist, nimmt ab, bis es mit dieser Spannung gleich ist,

-Verringerung des Potentiales am gemeinsamen Punkt der beiden Kondensatoren bis auf einen Wert Null,

-Erzeugung einer diesmal inversen überspannung, die für die nachfolgende Sperrung, hier des Haupttransistors TV erforderlich ist. Im Verlauf dieser letzteren Phase wird die Spannung an den Klemmen der Diode DV in der Leerlaufleitung 36 umgekehrt und kommt es zu einem Stromfluß in dieser Leitung.

Die zur Sperrung der Hauptthyristoren erforderliche, am gemeinsamen Punkt der Löschkondensatoren erzeugte Überspannung ist offensichtlich abhängig von der Kapazität der Löschkondensatoren, der Induktanz der Wicklungen R, V, B, N des Motors und vom Widerstand der Schaltung (die Ladung kann ein oszillierendes Verhalten aufweisen und wird unterbrochen, bevor der Wert der Speisespannung E unterschritten wird). Im vorliegenden Fall wird der Löschthyristor TER stromlos,

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-yi.

ι wenn der Strom in der Leerlaufleitung 36 gleich dem durch die Wicklungen R, Vfließenden Strom ist. Die erhaltene überspannung ist in gleicher Weise abhängig vom Wert der Induktanz LV der Leerlaufleitung.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Ladung, die aufgrund einer Sperrung eines Hauptthyristors "oben" TR, TB erhalten wird, die Sperrung eines der Hauptthyristoren "unten" TV, TN einzig und allein ermöglicht.

Um die Funktionsbeschreibung zu vereinfachen, wird nur eine einzige elementare Sequenz betrachtet, wobei selbstverständlich die Funktion der Speiseschaltungeanordnung nach der Erfindung in einer Folge von solchen elementaren Sequenzen abläuft. Eine einzige Sequenz ist begrenzt durch die Zeitspanne zwischen zwei Kommutierungen. Unter Kommutierung wird hier der Stromwechsel zwischen zwei komplementären Wicklungen verstanden; diese Phase beginnt hier, wenn man, nachdem der die erste Wicklung R speisende Hauptthyristor TR zuvor gelöscht worden ist, den Thyristor TB öffnet, der die zweite Wicklung B speiet; sie endet mit Verschwinden des Stromes in der ersten Wicklung R. Diese Kommutierungen, und damit in gleicher Weise die elementaren Sequenzen, werden im Prinzip durch Wechsel der von einem Kodierwerk gelieferten Signalzustände ausgelöst, welches einen Teil des Steuerschaltkreises bildet. Eine elementare Sequen« entspricht

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- Vl -

damit einem Durchgang des Stromes durch zwei der vier Wicklungen, und sie umfaßt eine Zündung der Kommutierung und eine Löschung, die zur Vorbereitung der nachfolgenden Kommutierung dient.

Außer der vorstehend beschriebenen speziellen Aufgabe ermöglicht die Kommutierung ein Glätten des Stromes zu Beginn jeder elementaren Sequenz; um zu diesem Ergebnis zu kommen, sind mehrere Kommutierungsarten zu unterscheiden, und zwar je nachdem, zwischen welchen Schaltungsteilen der Energietransport erfolgt, nach der Richtung der Energieüberführung und nach der Menge der zu überführenden Energie.

Da jede elementare Sequenz eine Zündung und eine Löschung umfaßt, ergeben sich die drei nachfolgend aufgeführten Kommutierungsarten, bei denen jeweils die Löschung anders zur Zündung liegt :

1. Art der Kommutierung : Die Löschung erfolgt nach Zündung, und zwei nichtkomplementäre Thyristoren sind dann zur gleichen Zeit leitend. Die Energieüberführung erfolgt von der Quelle zum Motor, darauf von den Löschkondensatoren zum Motor. Der Endstrom hängt von Winkel des Leitzustandes ab, der durch die Zeitspanne zwischen Löschung und Zündung bestimmt ist.

2. Art der Kommutierung : Die Löschung let synchron mit der Zündung. ^Die gesamte Energie geht durch die Konde ns at oren.

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3. Art der Kommutierung : Die Löschung erfolgt vor der Zündung. Eine erste Phase entspricht einer Energieüberführung vom Motor zum Kondensator, bis zum Stromloswerden des Löschthyristors. Es tritt dann eine Phase auf, in der in der Quelle über die Leerlaufleitungen Energie wiedergewonnen wird. Diese zweite Phase kann vermieden werden, wenn die Zündung vor einem Stromloswerden des Löschthyristors erfolgt.

Durch geeignete Wahl der Art der Kommutierung ist es immer möglich, zu Beginn jeder elementaren Sequenz den Strom auf eine Befehlsgröße zu glätten bzw. herabzubringen. Diese Möglichkeit stellt eine der wesentlichen Grundmerkmale der Regelung dar.

Die Wahl der Art der Kommutierung hängt folglich von der Anfangsgröße des Stromes ab (größer oder kleiner als die Befehlsgröße); darüber hinaus berücksichtigt die Art der Kommutierung die vorangegangenen Ereignisse.

Die erste Art der Kommutierung wird verwendet, um den Strom bis auf die Befehlsgröße anwachsen zu lassen, und die Löschung wird herbeigeführt, wenn dieser Wert erreicht ist. Die zweite Art kann als ein Grenzfall der ersten Art betrachtet werden und sie bestimmt die minimale Energiemenge, welche im Verlauf einer elementaren Sequenz bei der Maschine über-

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tragen werden kann; wenn die im Verlauf derselben Sequenz verbrauchte Energie geringer ist, ergibt sich ein Ungleichgewicht, das kompensiert werden muß. Die dritte Art der Kommutierung ermöglicht es, eine elementare Sequenz mit einer Glättung des Stromes nach unten durch Rückleitung von Energie zu den Kondensatoren und zu der Quelle zu beginnen.

Eine der Aufgaben des Steuerstromkreises besteht folglich darin, die Art der Kommutierung zu bestimmen, was einerseits in Abhängigkeit vom Niveau des Stromes und andrerseits von der Art der vorhergehenden Kommutierung vorzunehmen ist. Die bezüglich der Art der Kommutierung einzuhaltenden Bedingungen sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt :

Vorangegangene	erfaßter Strom	aus zuführend e
Kommutierung	Befehlsstrom	Kommutierung
1. Art		1. Art
2. Art	" >1	2. Art
3. Art		1. Art
	3. Art
<1	2. Art
	3. Art

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~ .«aw

Man hat also insbesondere zwei Zustände zu betrachten :

-Wenn beide Hauptthyristoren TR, TV leitend sind, erhält der Motor Energie von der Quelle 2 in einer größeren Menge, als diese umgewandelt wird, und der Strom wächst an,

-wenn einer der beiden Hauptthyristoren gesperrt ist, z. B. TR, befindet sich die elektrische Schaltung im Leerlauf und sie erhält keinerlei Energie von der Quelle 2; die umgewandelte Energie führt folglich zu einer Abnahme des Stromes.

Die Regelung des zyklischen Rapportes dieser beiden Zustände, die auf dem Maß der Intensität des momentanen Stromes basiert, erlaubt eine ständige Kontrolle. Wenn es notwendig wird, den Strom aufrechtzuerhalten, kann der gesperrte Hauptthyristor TR wieder gezündet werden, und mit Ablauf dieser Operation ist es notwendig, die nächste Kommutierung vorzubereiten : -Löschen des anderen Hauptthyristors TV zur Umkehr der Ladung der Kondensatoren,

-Wiederanzünden dieses Hauptthyrietors TV, wenn die Ladung beendet ist, und Löschen des ersten Hauptthyristors TR, der wieder zu zünden ist, un die nächste Kommutierung vorzubereiten.

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ORIGINAL INSPECTED

Diese vor jeder Kommutierung auszuführenden Operationen muß man zu einem Zustand führen, wo zwei Wicklungen von Strom durchflossen sind, wobei einer der beiden Hauptthyristoren leitend und der andere blockiert ist. Die Schließung des Stromkreises erfolgt dabei durch eine Leerlaufleitung, hier die Zweigleitung 36. Der gesperrte Hauptthyristor ist derjenige, der normalerweise bei der nachfolgenden Kommutierung ersetzt wird. Man erkennt insbesondere, daß in dem Fall, wo die vorangegangene Kommutierung eine Wicklung "oben" berührt, die kommende Kommutierung notwendigerweise die Wicklungen "unten" betrifft. Hierfür müssen die Hauptthyristoren "unten" gesperrt sein und man muß die Kondensatoren laden, um eine Löschung der Hauptthyristoren "oben" zu bewirken. Dieser Vorgang ist exakt umgekehrt, wenn die vorangegangene Kommutierung eine Wicklung "unten" berührt hat.

Da die Löschung eines Hauptthyristors durch Zündung des Ent ladekreises eines Kondensators erfolgt und da das natürliche Stromloswerden dieses Kreises nach einer gewissen Verzögerung erfolgt, während der andere Löschkondensator aufgeladen wird, ist es erforderlich, jegliches vorzeitige Wiederanzünden desselben Hauptthyristors eu unterbinden, der diese Ladung unterbrechen würde, und hierfür muß der den Strom erfassende)! Detektor die Informationen liefern. Dies ist exakt die Aufgabe einer ladungsabhängigen, in Steuerstromkreis 4 vorge-

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sehenen Einrichtung, welche es erlaubt, ggfs. die Wiederanzündung während der Erregung des Löschkreises zu verschieben. Die ladungsabhängige Einrichtung liefert darüber hinaus, wenn beide Hauptthyristoren leitend sind, eine uranfängliche Information, die es erlaubt, in Abhängigkeit von den Jeweiligen Ladungen der Kondensatoren zu bestimmen, welcher gelöscht werden kann.

Jede Löschung, die einer auf eine vorbestimmte Kommutierung voreingestellten Löschung folgt, bewirkt zwangsläufig, daß der Thyristor gesperrt wird, um die nachfolgende Kommutierung zu ermöglichen, wobei diese Auslösung vor, während oder nach dem jeweiligen Auslösen der Kommutierung erfolgen kann. Dies gilt nur, wenn diese Löschung beendet ist und die Kondensatoren wieder aufgeladen sind und somit das System bereit ist, von neuem zu kommutieren. Wenn das System bereit ist zu kommutieren, muß die Instandhaltung des Stromes zum Erliegen kommen, wenn die Zeit, die vor der nachfolgenden Kommutierung verbleibt, kleiner als das Zweifache der Dauer der Löschung ist; und damit sind, wie zuvor bereits beschrieben, jede Zündung eines Hauptthyristors, die zur Vermehrung des implizierten Stromes zwecks Vorbereitung der nachfolgenden Kommutierung dient, die Löschung des anderen Hauptthyristors der Gruppe zwecks Umkehr der Ladung der Kondensatoren, dann die Wiederanzündung des anderen Haupt-

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thyristors, wenn die Ladung beendet ist, und die Löschung des ersten Hauptthyristors zwecks Vorbereitung der Kommutierung gegeben. Hieraus ergibt sich, daß die Kommutierung zu Beginn vorgesehen werden und daß eine Zeitspanne gleich dem Doppelten der Dauer einer Löschung für ihre Vorbereitung reserviert ist. Während dieser Vorbereitungsphase muß jegliches Wiederanzünden des Hauptthyristors für eine Kommutierung somit unterbunden werden. Wenn dieser Hauptthyristor leitend ist, können sich zwei Fälle ergeben : -Wenn die Kondensatoren zum Löschen gäaden sind, wird die Löschung spätestens am Ende einer Zeitspanne ausgelöst, die gleich der Zeitspanne einer Löschung iet, -im entgegenöetzten Fall wird die Löschung des anderen Hauptthyristors sofort ausgelöst, um die Umkehr der Ladung zu bewirken, wonach man wieder zum vorangegangenen Fall zurückgekehrt ist.

Die Phase zur Vorbereitung einer Kommutierung wird deshalb für den schlechteren Fall konditioniert, d. h. für den Fall, daß zwei Löschungen vor der Kommutierung erforderlich sind ; während dieser ganzen Periode sind die untersagten und die vorgeschriebenen Operationen durch die Zeit, die Leitzustände und durch die Ladung der Kondensatoren bestimmt. Dies impliziert, daß die Kommutierung vorhersehbar sein muß, was nicht immer möglich ist. In diesem Fall kann es not-

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wendig sein, vollständig oder teilweise die vorhergehenden Operationen nicht mehr zu Beginn sondern mit einer Verzögerung auszuführen; das Prinzip bleibt allemal identisch, und die Operationen sind verknüpft, damit ihre Freigabe sobald als möglich erlaubt wird. Die maximale Verzögerung ist gegeben, wenn - bei vor ihrer Kommutierung befindlicher erster Wicklung - der entsprechende Hauptthyristor und der andere Hauptthyristor derselben Gruppe leitend sind, wobei die Kondensatoren geladen sind, um den letzteren zu sperren. In diesem Fall ist dieser derjenige, der gesperrt werden muß; danach, nach Ausführung der Ladung der Kondensatoren, muß dieser gezündet werden und muß der Hauptthyristor, der zu einer zu kommutierenden Wicklung gehört, gesperrt werden; der Thyristor der ablösenden Wicklung wird nur gezündet^ bei Ablauf einer neuen Periode der Ladung der Kondensatoren.

Es ergibt sich aus all diesen Bedingungen, daß die Arbeitsweise der Schaltungsspeiseanordnung von einer gewissen Anzahl variabler Zustände abhängt. Diese sind :

S1 und S2 : direkt vom Kodierwerk gegebene Signale, I : Ausgang des Stromdetektors, U : Befehlsspannung,

tf1 und tf2 : Ausgänge der ladungsabhängigen Vorrichtung«

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Der Zustand der Löschkondensatoren wird durch vier logische Signale beschrieben :

-05b bezeichnet eine Spannung am Mittelpunkt, die höher als die Speisespannung ist, d.h. die Möglichkeit eines Stromloswerdens der Thyristoren TR oder TB

-0VN bezeichnet eine Spannung kleiner als Null, welche ein Stromloswerden von TV oder TN ermöglicht,

-EU bezeichnet die Tätigkeit der Löschthyristoren TEB oder TER, d. h. die Phase der bewirkten Löschung von TB oder TR und das Ende der Ladung der Kondensatoren,

-EI2 zeigt die Tätigkeit der Thyristoren TEV oder TEN.an.

Darüber hinaus wird der Strom I ständig mit der Spannung U verglichen und es ergibt sich eine variable Logik LC (Grenze des Stromes), die anzeigt, wenn der Strom größer als die Befehlsgröße ist.

Der Steuerstromkreis 4 hat die Aufgabe, Signale herzustellen, die diesen variablen Zuständen entsprechen, und diese im Hinblick auf eine Steuerung des ^eistungsstromkreises 3 su behandeln. Zu diesem Zweck umfaßt er eine Anzahl nachfolgend aufgezählter Vorrichtungen : Ein Positions-Kodierwerk liefert zwei logische Signale S1 und S2, die jeweils an ein Drehmoment komplementärer Wicklungen gebunden sind, um in allen Fällen das Vorzeichen der gegenelektromotorischen jeder Wicklung zu ermitteln und um, je nachdem ob die

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Maschine als Motor oder Generator arbeitet, zu bestimmen, welche Wicklungen feespeist werden müssen. Eine Bezugsvorrichtung liefert eine analoge Spannung, die der gewünschten Intensität proportional ist, um die Maschine so zu beherrschen, daß die gemessene Intensität getreu der Befehlsspannung folgt. Mit einer ladungsabhängigen Vorrichtung kann nach jeder Löschung das Ende der Ladung der Kondensatoren bestimmt werden, d. h. das Stromloswerden des Löschkreises und die Richtung der erhaltenen Überspannung. Eine Vorrichtung zur Vorbereitung der Kommutierung mit variablem Anfang gruppiert die Anordnung der Behandlungsmittel, die es ermöglichen, aufgrund der Signale des Kodierwerkes und des Maßes der Periode der Ladung der Kondensatoren die für eine Optimierung der Kommutierung erforderlichen Signale zu erzeugen. Ein Sequenzgeber liefert nach Erhalt der Signale von der Vorrichtung zur Vorbereitung der Kommutierung mit variabler Voreilung und der Signale für die befohlene Drehrichtung die erforderlichen Informationen für die Speisung der Wicklungen. Eine Speicheranordnung für den Zustand der Thyristoren erlaubt es, den Zustand jedes Hauptthyristors und jedes Löschthyristors zu speichern. Um den Zusammenhang zwischen diesen Thyristoren und den Speichern beizubehalten, ist es vorteilhaft, zur Vermeidung einer komplizierten Beschreibung für diese Speicher dieselben Bezeichnungen wie für die entsprechenden Thyristoren zu verwenden. Diese Speicher sind deshalb mit TB, TB, TV, TN, TEB, TER, TEV, TEN bezeichnet.

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Die Bezugsvorrichtung besitzt insbesondere einen Vergleicher, um ständig die Befehlsspannung U₁ die proportional mit der gewünschten Intensität ist, und die tatsächliche Intensität I miteinander zu vergleichen, und sie gibt die variable Logik LC ab, welche das Vorzeichen dieser Differenz anzeigt.

In der ladungsabhängigen Vorrichtung liefern die Detektor-Transformatoren während der Stromleitung der Löschkreise ein kontinuierliches Signal, welches global folgende Merkmale repräsentiert :

-Das Signal ist so lange negativ, wie die Spannung am Mittelpunkt zwischen Null und der Speisespannung liegt, -das Signal wird abrupt am Mittelpunkt positiv und zeigt eine Überspannung an und wird danach mit Stromloswerden des Löschkreises zu Null.

Der positive Impuls, gegeben in der Form (tf) zeigt an, daß der Löschvorgang normalerweise zu einer entgegengesetzten Überspannung geführt hat, welche ein nachfolgendes Löschen erlaubt. Um jedwede parasitäre Information zu elimieren, sind Mittel vorgesehen, um ein Fenster zu erzeugen, das am Ende eines Zündimpulses für den Löschthyristor geöffnet und durch den Impuls tf wieder geschlossen wird, wobei nur der erste Impuls dann berücksichtigt wird. Ein Flip-Flop speichert die Richtung der Überspannung; der Impuls tf1,

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herrührend von dem durch die Löschthyristoren TEB, TER gebildeten Löschkreis löst 0VN aus; der Impuls tf2, herührend von dem durch die beiden Löschthyristoren TEV, TEN gebildeten Löschkreis, löst 0RB aus.

Fig. 3, in welcher die Zeit auf der Abszisse eingetragen ist, zeigt, wie die Anordnung zur Vorbereitung einer Kommutierung mit veränderlicher Voreilung eine Kompensation der Nicht-Momentanität der Kommutierung erlaubt. In der Tat ändert sich der Strom in einer Wicklung, beispielsweise der Strom iR in der Wicklung R, nicht sofort mit einem Strom in einer anderen Wicklung, beispielsweise iB; es hat sich gezeigt, daß es nicht nachteilig ist, wenn der Anfang der Kommutierung vorgeschoben wird, damit diese Operation auf den theoretischen Zeitpunkt te zentriert ist. Die Signale (a) des Kodierwerkea müssen dann um eine Zeit Z. vorgeschoben werden, die proportional der Stromstärke ist; bei Auslösen der Kommutierung durch die dann verschobenen Signale (b) ist es möglich, den vorangegangenen Bedingungen zu genügen. Die vorangegangene Kommutierung ist mit einer Verschiebung entsprechend zwei Perioden der Ladung der Kondensatoren ausgeführt worden, und ein Informationsspeicher für die Periode der Ladung speichert die Dauer T derjletzten Periode der gemessenen Ladung. Aufgrund dieser Informationen werden zwei Signale (c) und (d) erzeugt, die jeweils einem der Kanäle des

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Kodierwerkes zugehören, die einer Vorplanung mit T und mit 2T entsprechen. Jedem Kanal sind drei Signale zugeordnet : Ein vorgeschobenes Signal (b) und zwei vorgeplante Signale (c) und (d), welche in Fig. 3 gezeigt sind. Diese Signale werden folgendermaßen erzeugt :

-Die Änderung der Dauer einer elementaren Sequenz ist vernachlässigbar im Verlauf eines vollständigen *unktionsschrittes (aufeinanderfolgende Speisung der vier Wicklungen) ,

-die Änderung der Löschdauer ist vernachlässjg>ar gegenüber der nachfolgenden Löschung, da diese nur vom Strom abhängt, dessen Änderungsgeschwindigkeit begrenzt ist.

Jedem Kanal des Kodierwerkes sind in der Vorrichtung zur Vorbereitung der Kommutierung mit variabler Voreilung drei Zählanordnungen und drei Abziehanordnungen zugeordnet. Die Zähler werden mit einer Taktfrequenz gespeist, und ihr Eingang kann gesperrt werden. Andrerseits ist ein Treppengenerator mit variabler Schwelle vorgesehen, der es erlaubt, Zeiten abzuziehen. Während jeder Löschung wird die Gesamtperiode durch einen Zähler gemessen und in den Speicher überführt.

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Bei der nachfolgenden Funktionsbeschreibung, die anhand der Fig. 4 gemacht wird, in der die Zeit auf der Abzisse

sind
aufgetragen ist, 44« die verschiedenen Schaltungsteile erwähnt, indem die Bezeichnungen ihrer zugehörigen Ausgangsj-gnale jeweils in Klammern gesetzt sind, Jeder Übergang tc1, tc2, tcj des Signales (a) entspricht einem Kanal des Lodierwerkes und ist hervorgerufen durch Auslösung des Treppengenerators (e). Wenn die Schwelle am Ende einer ZeitspanneT- erreicht wird, wird die Sperrung des ersten Zählers (f) aufgehoben, und dieser speichert eine Information, die proportional der abgelaufenen Zeit ist. Gleichzeitig wird eine Abziehanordnung (g) mit einem Wert für die Löschzeitspanne gespeist und wird permanent abgezogen, wenn sie KuIl erreicht, wird sie wieder aufgeladen und die Sperrung des zweiten Zählers (h) wird auf© gehoben. Beim zweiten Durchgang nach Null wird die Sperrung der dritten Zählanordnung (j) aufgehoben. Bei dem nachfolgenden Wechsel v/erden die drei Abziehvorrichtungen (m), (1), (k) mit den Inhalten der drei Zähler (f), (h), (j) geladen und sofort abgezogen. Wenn die erste Abziehvorrichtung (m) Null erreicht, wird ein Signal (b) in Voreilung gegen-

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über dem Signal des Kodierwerkes erzeugt; wenn die zweite Abziehanordnung (1) Null erreicht, wird ein Signal (c) erzeugt, welches dem vorgeschobenen Signal (b) um die Löschzeitspanne vorangeht; wenn die dritte Abziehanordnung (k) Null erreicht, wird ein Signal (d) erreicht, welches dem vorgeschobenen Signal (b) um Zwei Löschperioden vorangeht.

Der Sequenzgeber besitzt vier Speicher, für die Kommutierung und vier Speicher für Zustände, Diese Speicher zeigen an zu einem gegebenen Zeitpunkt die befohlene Drehrichtung, die erregten Wicklungen und die Notwendigkeiten,zwei Wicklungen zu komrutieren, wobei jeder Zustand jedes Kanales des Kodierwerkes einer Wicklung entspricht, um die Drehrichtung festzulegen. Die Anfragen zur Kommutierung werden bis zu ihrer erlaubten Quittierung durch Vergleich mit anderen Informationen, die den Zustand des Systems beschreiben, gespeichert, wobei die Verknüpfung der Operationen an die tatsächliche Kommutierung angrenzt.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der Arbeitsweise des Sequenzgebers werden die vorgeschobenen Signale S und S¹ betrachtet, die allein benutzt werden. Die befohlene Drehrichtung ergibt sich durch die variable Logik "s"

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Wie bereits zuvor erwähnt worden ist, wird mit jedem dieser Signale ein Drehmoment der Wicklungen bewirkt. Für eine vorgegebene Drehrichtung ist die Speisung der einen oder anderen der Wicklungen abhängig vom Zustand des Signales, wobei die Beziehung invers ist für die entgegengesetzte Drehrichtung.

tiaη kann deshalb eine Beziehung auswählen : B=SQs

V = S¹ 9 s

Unter diesen Bedingungen fordert jeder Wechsel im Zustand der Signale S und S¹ eine Kommutierung, damit eine Zündung eines Thyristors. Der betroffene Thyristor wird durch die Flanke_T steigend oder fallend - des Signals des Kodierwerkes und durch die Größe von ^Ms" bestimmt.

Die Anforderung einer Kommutierung wird bis zur Quittierung gespeichert, d. h. die effektive Zündung des Thyristors, wobei die vier Speicher mit TCB, TCR, TCV, TCN "bezeichnet sind. Diese Bezeichnungen sind derart gewählt, daß bei-

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2t

spielsveise TCB die Anforderung der Kommutierung der Wicklung R von einer Wicklung B durch eine Zündung des Thyristors TB bedeutet·

Wenn die Kommutierung quittiert worden ist, bewahrt ein zweiter Speicher den Zustand der erregten Wicklung auf. Diese vier Speicher für den Zustand sind bezeichnet mit R, B, V, N, wie ihre entsprechenden Wicklungen.

Der Umkehr der Drehrichtung ist eine besondere Vorsicht eu widmen : Die Umkehr tauscht sofort, Kanal für Kanal, die Zustandespeicher R und B einerseits und V und N andrerseits aus. Wenn diese im Verlauf einer Anforderung zur Kommutierung erfolgt, bfeibt sie ohne Effekt, bis die Kommutierung quittiert ist. Der dann geladene Zustandsspeicher entspricht einer neuen Größe "s".

Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung ist folglich durch eine gewisse Anzahl von Funktionen und logischen Gleichungen regiert.

Die Begrenzung des Stromes entspricht einer kombinierten Funktion aus zwei analogen Informationen : Die Befehls-

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spannung und der am Mittelpunkt des IWotors gemessene Strom, in einer logischen Information LC, deren Bedeutung wie folgt ist :

IC s 1, wenn der Strom größer als der Befehl ist, LG = 0, wenn das Gegenteil der Fall ist.

■Ein mit RF bezeichnetes Signal ist an jeden Kanal gebunden :

RF1 geht nach 1 bäeinem Viechsei über S¹ mit LG, RF1 geht nach 0 bei einem Wechsel über S mit EC, RF2 geht nach 1 bei einem Wechsel über S mit LC, RF2 geht nach 0 bei einein wechsel über S' mit LÜ«

Insgesamt r:· It : .«enn Ri 1 und RF? im Augenblick einer Komirutierunp; Null sind, liegt die erste Art vor ; wenn iiner der beiden bei KuIl ist und derandere bei 1, liegt die zweite Art vor; "'enn beide bei 1 sind, liegt die dritte Art vor.

In Abhängigkeit von den variablen Zustandsunterschieden, die sich aus den vorgenannten Funktionen ergeben, ergeben sich die Gründe zum Zünden der Hauptthyristoren oder zu

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deren Sperren, was die Gründe zum Zünden der LÖschthyristoren sind. Die Gründe zum Zünden der Hauptthyristoren sind Jeweils entsprechend den adressierten Hauptthyristor mit RAB, RAE, RAV, RAN bezeichnet. Die Gründe zum Sperren der Hauptthyristoren sind die Gründe zum Zünden der Löschthyristoren REB, RER, REV, REN. Jeder dieser Gründe äußert sich in einem Zusperrimpuls für den entsprechenden Thyristor, und die Speicherung des Leitzustandes in die mit Positionsziffern versehenen Speicher äußert sich in TB, TR, TN, TV, TEB, TER, TEV, TEN.

In den Beruhen, die Betrachtungen zu vereinfpchen, die die lorische Gleichung erläutern, v;elche die Gründe für ein Zünden eines Thyristors angibt, unterscheidet ran künftig zwischen einer Zündrng für eine Kommutierung und einer Zündung für eine Aufrechterhaltung. Die erste vird durch eine Änderung im Zustand des Signales des Kodierwerkes verlangt, die zweite durch Flullwerden von LC. Es gibt am iiand noch einen dritten Typ, das ist die Zündung zur Bepositionierung, wenn ein Thyristor zwecks Umkehr der Ladung der Kondensatoren gesperrt hat; dieser wird dann

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systematisch wiedergezündet bis zum Ende der Ladung·

Es wird daran erinnert, daß ein Thyristor niemals gezündet werden darf, wenn der komplementäre Thyristor oder ein Löschthyristor im gleichen Kanal leitend ist; denn beispielsweise darf der Thyristor TB niemale gezündet sein, wenn TR, TEB oder TKR leitend sind.

Gemäß der Art der Kommutierung wird die Zündung sofort bewirkt oder verschoben, bis LC Null wird. Denn der Kommutierungsspeicher TOB des Sequenzgebers liefert beispiels weise einen Grund zum Zünden des Thyristors TB, wenn RF1 l\ull oder LC Null ist.

Allgemein gilt, daß die Zündungen zur Aufrechterhaltung durch ein Nullwerden von LC hervorgerufen werden. Diese sind untersagt, wenn die Kommutierung des betreffenden Thyristors für mindestens zwei Löschperioden später vorgesehen ist. Sie sind ebenfalls untersagt, wenn die vorangegangene Kommutierung von der dritten Art war, also wenn : IH = RF1 . RF2 =1.

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Die Zündungen der Repositionierung v/erden befohlen, wenn alle Thyristoren gesperrt sind (TTE) bei einer Bedingung, daß es sich nicht um eine Kommutierung der dritten Art handelt.

Wenn man darüber hinaus einen Befehl zum Starten (OD) hat, kann die logische Gleichung für die Gründe zum Zünden ausgedrückt werden, beispielsweise für RAB. RAB - OD .⁷FR. ΕΪΤ (tCB . (RFT + LC) + OVN . B . IH (TTE + W . TTTj

Die Gründe zum Sperren treten nur auf, wenn der Thyristor leitend ist und wenn die Kondensatoren in einem ^inne geladen sind, daß sie seine Löschung gestatten. Dies ergibt sich in den folgenden Fällen»

- wenn LC = 1, alsdann ist ein anderer Thyristor leitend,

- zu Eeginn der Kommutierung der zweiten oder dritten 'Art (Präsenz von RF1 bei einem Übergang über £· (TCS^oder von RF2 bei einem Übergang über S (TCS),

- für die Vorbereitung der Kommutierung mit einer Voreilung einer Löschperiode (Anpassung durch Präsenz einer logischen Variablen OE, gebunden an jeden Kanal),

- wenn beideir Thyristoren leitend sind, wird die Kommutierung dee einen von ihnen wenigstens zwei Löschperioden vorgesehen; der andere ist zuvor gesperrt, um die Ladung umzukehren, wenn diese nicht korrekt ist,

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- bei Absenz der Vorplanung und wenn eine v/icklung vorher komnutiert ist, ist der Thyristor, der ihn speist, leitend; zwei li'ölle können sich dann präsentieren : entweder kann dieser Thyristor sofort gesperrt sein oder es ist notwendig, die ladung der Kondensatoren vorher umzukehren; die Unterscheidung zwischen beiden Fällen v/ird durch den Zustand von 0 geliefert. In diesen beiden Fällen ist nur der zugelassene Thyristor gesperrt.

Die iunktione-» der beschriebenen Speise-ßchaltanordnung kr-nn, trotz ihrer offensichtlichen Komplexität, in der Tat mit einen? geringen Aufwand an Littein erreicht werden und es ergibt sich eine optimale wirkungsweise.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern hiervon ausgehend kann man vielerlei Abwandlungen und andere Ausführungen realisieren, ohne hierdurch die Lehre der Erfindung zu verlassen.

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur Speisung einer Laschine rrit variabler Reluktanz, Vielehe eine quelle, einen Leintunrschaltkreis um" einer, oteuerschaltkreis aufweist, dadurch gekennzeichnet, da£ der Leistungsschaltkreis gesteuerte Kauptunterbrecher (TK, TV, TB, TN), die in rieihe mit dec wicklungen (E, V, E, K) der Laschine liegen und HuLere Zweigleitungen (30, ?1, 32, 33) bilden, die paarweise in ,iahe zwischen die pole der Quelle geschaltet sind derart, dal; zwei kompüarientäre wicklungen (H, E; V, N) niemals in Reihe liegen, ferner Leerlauf Zweigleitungen (55» 36, 37, 38), welche den Stromi reis der wicklungen vieder schließen, wenn mehr als ein gesteuerter ['auptunterbrecher in einer Zweigleitung leitend ist, ferner einen Löschkreis (39) für die gesteuerten aauptunterbrecher und mindestens einen Stroimletektor (K) aufweist, der den Stroin in den wicklungen erfaßt.

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schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Zweigleitungen (30, 32, 31, 33), welche die konplenentären wicklungen (R, B;, V, K) enthalten, parallel geschaltet sind.

Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (K) für den Strom in den ..icklungen in Reihe geschaltet ist mit den beiden äußeren Zweigleitungen (30, 31;, 32 33), welche die nichtkomplementären ,vicl.lungen enthalten, und zwar zwischen diesen beiden Zweigleitungen.

Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da£ die Leerlaufleitungen (35, 36, 37, 38) eine Spule (LR, LV, LB, LIi) und eine Diode (DR, DV, DB, DK) enthalten und an einem Ende an einen gemeinsamen Punkt von einem der gesteuerten Hauptunterbrecher (IVy TR, TN, TB) und einer der Wicklungen (V, R, E, B) der faschine in einer äußeren Zweigleitung und am anderen Ende an einen Quellenpol angeschlossen sind, der mit der äußeren Zweigleitung verbunden ist, die in Reihe mit der vorerwähnten äußeren Zweigleitung liegt.

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5. Schaltungsanordnung nac; einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dai: der Löschkreis (39) zwei Kondensatoren (C1, C2) enthält, die in Reihe zwischen den beiden rolen der Quelle (2) geschaltet sind, wobei der gemeinsame 1 unkt der Kondensatoren über gesteuerte Lösch-Unterbrecher (TER, TEV, TEB, TEN) an die gemeinsamen Punkte der gesteuerten Hauptunterbrecher (TRf TV, TB, TK) und der Wicklungen (R, V, B, M), welche die äußeren Zweigleitungen bilden, angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerten Unterbrecher Thyristoren, beispielsweise Schaltthyristoren, sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschaltkreis (4) ein Kodierwerk besitzt, welches zwei logische Signale (S1, S2) liefert, von denen jedes an ein Drehmoment der komplementären Wicklungen gebunden ist, um das Vorzeichen der gegenelektromotischen Kraft jeder dieser Wicklungen anzuzeigen und zu bestimmen - je nachdem,

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ob die Maschine als Motor oder Generator arbeitet -, welche Wicklungen gespeist werden müssen; daß der Steuerschaltkreis (4-) ferner eine Bezugsvorrichtung, die eine analoge, der gewünschten Intensität proportionale Spannung liefert, ferner eine ladungsabhängige Vorrichtung, mit der nach Löschen eines gesteuerten Unterbrechers das Stromloswerden des Löschkreises und die Richtung einer überspannung bestimmt werden können, ferner eine Vorrichtung zur Vorbereitung einer Kommutierung mit variablen Beginn, um die für eine Optimierung der Kommutierung erforderlicheiSignale zu erzeugen, und schließlich einen Sequenzgeber sowie eine Vorrichtung zur Speicherung des Zustandes der gesteuerten Unterbrecher besitzt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer ladungsabhängigen Vorrichtung versehen ist, welche Detektortransformat_joren zur Erzeugung mindestens eines von der Ladung abhängigen Signales, Mittel zur Erzeugung

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eines Fensters zur Eliminierung parasitärer Informationen und einen Flip-Flcp zur Speicherung der Richtung einer Überspannung besitzt.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie nit einer Vorrichtung zur Vorbereitung einer Kommutierung mit variabler Voreilung versehen ist, welche einen Informationsspeicher für die Dauer der Ladungsperiode eines Kondensators des Leistungsschaltkreises (3), einen Treppengenerator mit variabler Schwelle und je Kanal drei Zählanordnungen und drei Abziehanordnungen besitzt,

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Sequenzgeber versehen ist, welcher vier Speicher für die Kommutierung und vier Zustandsspeicher besitzt, um jeweils Anforderungen einer Kommutierung und den Zustand der wicklungen zu speichern.

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